Fe3O4纳米颗粒与As、Pb复合物、TiO2纳米颗粒对细胞和细菌的毒性研究

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1、分类号：X132单位代码：10183研究生学号：2012641015密级：公开吉林大学博士学位论文陈力可2018年6月—————————————————————Fe3O4纳米颗粒与As、Pb复合物、TiO2纳米颗粒对细胞和细菌的毒性研究—————————————————————TheStudyonToxicityofFe3O4NanoparticleswithAsorPbAdductandTiO2NanoparticlestoCellsandBacteria————————————作者姓名：陈力可专业名称：

2、环境科学研究方向：环境化学指导教师：刘淼教授学位类别：理学博士培养单位：环境与资源学院论文答辩日期：2018年5月30日授予学位日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论

3、文级别：□硕士■博士学科专业：环境科学论文题目：Fe3O4纳米颗粒与As、Pb复合物、TiO2纳米颗粒对细胞和细菌的毒性研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）作者联系电话摘要摘要Fe3O4纳米颗粒与As、Pb复合物、TiO2纳米颗粒对细胞和细菌的毒性研究环境中存在多种污染物，包括重金属污染物和金属氧化物纳米颗粒，考虑到不同污染物与生物体的作用方式不同，导致不同的吸收、转化以及致毒机理不同。对环境中金属氧化物纳米颗粒以及与金属的联合污染可能的环境风险和对健康的毒性效应亟待研究。通过细菌和细胞模

4、型对金属氧化物纳米颗粒及其重金属复合物的生物毒性效应进行研究和评价，并探究其可能的致毒机理，对了解、评估其对水环境、动物和人体健康的潜在影响具有积极意义。基于以上目的和意义，本论文选取两种典型的金属氧化物纳米颗粒Fe3O4纳米颗粒，又叫磁铁矿纳米颗粒（Magnetitenanoparticles，MNPs）和TiO2纳米颗粒（TiO2nanoparticles，TiO2NPs），以TiO2NPs作为金属氧化物纳米颗粒代表，以铜绿假单胞菌（Pseudomonasaeruginosa）为模型细菌，研究金属氧化物

5、纳米颗粒对水中细菌的毒性效应；以重金属元素As、Pb作为典型的重金属污染物的代表，以MNPs分别吸附As、Pb的复合物（MNPs-As和MNPs-Pb）作为金属氧化物纳米颗粒与重金属复合物的代表，以人胚肾细胞（HEK293）和大鼠肾细胞（NRK）作为模型细胞，研究MNPs与重金属复合物对人细胞和动物细胞的毒性效应。分别研究了：（1）不同培养方式（贴壁培养和悬浮培养）培养出的贴壁细菌和悬浮细菌，模拟细菌在自然水体中的两种可能的存在形态（团聚或悬浮），考察非光催化条件下，TiO2NPs对细菌的毒性效应。研究Ti

6、O2NPs的质量浓度、粒径和表面积对细菌不同存在形态的毒性影响，进一步探讨TiO2NPs对细菌的致毒机理，以及细菌对TiO2NPs毒性的抵御机制。（2）以超氧化物歧化酶(SuperoxideDismutase，SOD)为氧化应激指标的代表，以相应浓度的As和MNPs作为横向对比，通过测定细胞活性、细胞形态、氧化应激水平、细胞对纳米颗粒的摄取以及细胞凋亡水平等指标，研究MNPs-As对人胚肾细胞生理功能的影响及其可能的毒性效应。I吉林大学博士学位论文（3）以相应浓度的Pb和MNPs作为横向对比，通过测定细胞活

7、性、细胞形态、细胞对纳米颗粒的摄取以及细胞凋亡水平等指标，研究MNPs-Pb对大鼠肾细胞生理功能的影响及其可能的毒性效应。得到的研究结果如下：（1）在本实验条件下，发现在非光照环境，不同培养方式会导致TiO2NPs对水中铜绿假单胞菌的毒性显著不同。TiO2NPs对悬浮细菌比对贴壁细菌具有更大的毒性效应，贴壁培养方式下，贴壁细菌可通过分泌胞外聚合物（ExtracellularPolymericSubstances，EPS）和形成生物膜抵御TiO2NPs的毒性，降低TiO2NPs的毒性影响；而悬浮培养方式下，悬

8、浮细菌难以形成生物膜，难以降低TiO2NPs的毒性影响。发现能够与细菌直接接触的TiO2NPs表面积与TiO2NPs对细菌的毒性影响可能呈正相关关系，直接接触的面积越大，对细菌损害越大，导致更多细菌死亡，对细菌的毒性影响也越大。发现小粒径TiO2NPs比大粒径TiO2NPs可能有更多几率与细菌直接接触，因而小粒径TiO2NPs比大粒径颗粒对贴壁细菌有更大毒性影响。（2）在本实验浓度和作用时间条件下，发现As对人胚